T.T.L
(Transistor transistor logic)
C.M.O.S
(Complementary metal oxide semiconductor)
N mos Canal N
P mos Canal P
Circuitos
digitales que contienen compuertas lógicas:
Los circuitos digitales que contienen solamente
compuertas lógicas se encuentran encapsuladas por una estructura de D.I.L (Dual
In Line) de 14 pines reservándose los terminales 7 y 14 para la conexión a la
fuente de alimentación (Tierra y +Vcc
respectivamente).Ejemplo de un circuito integrado con 4 NAND de 2 entradas:
Dado que existen compuertas de más de 2 entradas
resulta evidente que cuanto mayor sea la cantidad de entradas, menor será la
cantidad de compuertas incluidas.
Escalas
de integración:
A lo largo del tiempo, los fabricantes de
componentes electrónicos han logrado amentar la cantidad de componentes
construidos por unidad de superficie de los circuitos integrados. Esto se
conoce como un aumento de a escala de integración.
Circuito
de una compuerta NAND de 3 entradas:
Las ventajas de aumenta la escala de integración son
muchas, siendo las más importantes:
Ø Permitir
la construcción de circuitos más complejos.
Ø Disminuir
el tamaño de los circuitos.
Ø Disminuir
el consumo eléctrico.
Ø Hacer
circuitos más confiables.
Ø Ser
más fácil de cambiar y bajar los costos.
Las escalas de integración fueron aumentando a medida que mejoró la tecnología.
S.S.I (Small scale
integration)
En esta escala se producen circuitos integrados que
contienen funciones lógicas elementales como compuertas e inversores son
aproximadamente 100 componentes.
M.S.I (Medium scale
integration)
Comprende circuitos de aplicaciones generales más complejos como multiplexores, codificadores, etc. Con entre 100 y 1000 componentes.
L.S.I
(Large scale integration)
Gracias a esta escala de integración se pudieron
crear circuitos muy complejos. Como memorias y microprocesadores, contienen
entre 1000 y 100.000 componentes.
V.L.S.I
(Very large scale integration)
Se alcanzó esta tecnología en los 80 lográndose
circuitos de grados de mas de 10.000.000 de componentes.Actualmente los microprocesadores que trabajan en la arquitectura de 64 bites y con una frecuencia de 3 GHZ como es el caso de la serie INTEL LORE I7 posee alrededor de 700.000.000 de transistores.
Características
generales de las compuertas integradas:
Las tecnologías más conocidas de la fabricación de compuertas integradas son la TTL y la CMOS y en ambas familias se indican en las hojas de datos las siguientes características principales:
·
Tensión de alimentación y su tolerancia.
·
Temperatura de trabajo.
·
Fan-Out
(Abanico de salida) à
Máxima cantidad de entradas que se pueden conectar a la salida de una
compuerta.
·
Tensiones de funcionamiento:
VIL = Máxima tensión de entrada para un
nivel bajo (0).
VIH = Mínima tensión de entrada para un
nivel alto (1).
VOL = Máxima tensión de salida para un
nivel bajo (0).
VOH = Mínima tensión de salida para un
nivel alto (1)…
·
Margen de ruido:
Indica
las relaciones máximas que se pueden producir a la entrada sin que la salida varíe
su estado.
Tiempo de propagación medio:
Es el tiempo que transcurre desde que se produce un cambio lógico a la entrada hasta que lo hace a salida.
Disipación
de potencia:
Normalmente se indica a disipación por función. También se indican los consumos de corriente de alimentación y entrada y salida para los valores lógicos.
Cada una de las familias lógicas tienen sus ventajas
y desventajas, por ese motivo en cada caso se elegirá la más adecuada al diseño
que se vaya a desarrollar.
Las
características ideales de una familia lógica integrada son las siguientes:
1. Alto
grado de integración.
2. Alta
velocidad de propagación.
3. Mínimo
consumo.
4. Máxima
inmunidad a ruido y a la variación de temperatura.
5. Compatibilidad
con otras familias lógicas.
6. Bajo
costo.
Familia TTL (Transistor Transistor Logic)
La familia TTL surgió como el último desarrollo para crear funciones lógicas mediante semiconductores. Anteriormente se habían desarrollado las familias DL (Diodos Logic), la RTL (Resistor Transistor Logic), HTL (Lógica de alto umbral) – (High Threslold Logic), ECL (Lógica de acoplamiento por emisor).
En esta familia lógica están construidas por resistores, diodos y transistores bipolares, por lo que la familia posee las características generales de estos últimos. Con esta tecnología se fabrican además de compuertas otros circuitos de mayor complejidad en escala SMI (Codificadores, sumadores, etc.). La familia TTL comprende varias series que han sido desarrolladas a partil de la serie estándar para mejorar algunas de las características de las fabricadas anteriormente.
La primera serie, es decir, la estándar se conoce como serie 74, cuyas características principales son las siguientes:
v Tensión
de alimentación:
5v +- 10% = 4.5v / 5.5v.
Temperatura
de trabajo:
De
0° a 70°C.
Fan-Out:
10.
Niveles
de tensión:
VIL
= 0.8V
VIH
= 2V
VOL
= 0.4V
VOH
= 2.4V
Valor
de ruido en ambos niveles:
0.4v.
Tiempo
de propagación medio:
10
ns (10x10 ^-9 seg).
Disipación
de potencia:
10
mW por función.
La serie 54 presenta las mismas características que la 74, pero se desarrollo inicialmente para aplicaciones militares y aeroespaciales y se diferencian fundamentalmente en que su temperatura de trabajo está comprendida entre -55°C a +125°C.
Con el fin de mejorar los métodos de conmutación y/o
la disipación de potencia se han desarrollado las siguientes series:
a) 74/54
L (Low power): à
74L09.
En esta serie se obtiene menor consumo, 1mW por
función pero el tiempo de propagación es de 33ns.
b) 74/54
S (Schottky):
Incorpora diodos shcottky para levar el tiempo de
propagación a 3ns, con una disipación de 20 mW aproximadamente.
c) 74/54
LS (Low power Schottky):
Combina las ventajas de las series anteriores con
una potencia disipada por compuerta de 2 mW y un tiempo de propagación de 10
ns.
d)
74/54
ALS (Advanced Low power Schottky):
Con una compuerta disipada por compuerta de 1 mW y
un tiempo de propagación de 4 ns.
e) 74/54
AS (Advanced Schottky):
Esta serie se desarrollo para aplicaciones que
requieren bajos tiempos de propagación llegando a 1,5 ns con una disipación de
potencia de 7 nW.
Como es lógico en los circuitos integrados que
contienen dispositivos más complejos formados por muchas compuertas las
potencias disipadas y los tiempos de propagación son mayores ya que se van
acumulando sobre las funciones básicas que las componen.
Familia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Su nombre se debe a la utilización de un componente denominado transistor MOS. Se llama complementaria porque se utilizan transistores de canal P y de canal N en forma complementaria, es decir, transistores NMOS y PMOS.
Estos integrados se comenzaron a desarrollar posteriormente a os de a familia TTL y prestan ventajas y desventajas respecto a ella. La principal ventaja es la de menor disipación por función la que permite una mayor densidad de integración, y su principal desventaja es su tiempo de propagación.
La familia CMOS básica es la denominada serie 4000 y en ella se incluyen dispositivos complejos como contadores, registros, memorias, microprocesadores y micro controladores.
Serie
Estándar (4000):
Alimentación
eléctrica:
De 3v a 18v.
Fan-Out:
Superior a 50.
Temperatura
de funcionamiento:
Desde -40°C
hasta +85°C.
Niveles
de tensión para una tensión de alimentación de 5v:
VIL = 1,5V
VIH = 3,5V
VOL = 0,05 V
VOH = 4,95V
Inmunidad al ruido:
No le afectan pulsos de hasta 30% de la tensión de alimentación, los tiempos de propagación son inversamente proporcionales a la tensión de alimentación siendo de 50 ns para 5V y 30 ns para 10V.
La potencia disipada por cada punción es del orden de los 10 nW.
Las familias que se desarrollaron posteriormente son las siguientes:
54/74
HC (High speed CMOS)
Se mejora el tiempo de propagación llegando a valores de 8 ns con tensiones de alimentación comprendidas entre 3V y 6v.
54/74 HCT (High speed CMOS Compatible TTL)
Tiene las características de la serie HC y es
electricamente compatible con la TTL. Alimentación de 5V.
Las series mas modernas de CMOS son:
·
54/74 AC
·
54/74 ACT
En el primer caso la tensión de alimentación está comprendida entre 3V y 6V, lo que la hace compatible con la HC.
En el segundo caso se alimenta con 5V por lo que puede sustituir a la serie 54/74 HCT y a toda la familia TTL.
Potencias por función:
1 mW.
Tiempo de propagación:
3 ns.
Cuadro:
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